大米中大蛋白的分离研究

大米中大蛋白的分离研究

2.大米的主要成分是淀粉和蛋白质，分别约为80%和8%。根据溶解性的不同,大米蛋白质可分为4种类型:水溶性白蛋白、盐溶性球蛋白、碱溶性谷蛋白和醇溶蛋白。其中谷蛋白和球蛋白为主要成分,各自占80%和12%,醇溶蛋白占3%。大米蛋白质的价值主要体现在它的低过敏性、无色素干扰、具有柔和而不刺激的味道及它的高营养价值。它富含人体的必需氨基酸,尤其赖氨酸含量高于其他粮谷类。大米蛋白质的生物价高达77,在粮食作物中占第一位,而且可以与猪肉(生物价74)、牛肉(生物价69)相媲美。大米中的淀粉以淀粉颗粒的形式存在。在所有已知谷物当中,大米淀粉颗粒最小,粒径约为3～8μm,其形状多数呈不规则的多角形,且棱角明显。利用大米淀粉生产出的高附加值的产品可用于化妆品、洗衣硬化剂、造纸、照相用纸以及药片赋形剂中,还可以用于生产光滑且有光泽的涂饰剂,如糖果上的糖衣。而且由于大米淀粉颗粒和均质后的脂肪球具有几乎相同的尺寸,因此大米淀粉与脂肪具有相似的质感,可以在某些食品中替代部分脂肪。由于大米的主要成分为淀粉和蛋白质,在籼米和碎米食用受到限制的情况下,以其为原料分离大米蛋白质和大米淀粉,并依据各自的特性应用到食品工业中,这对解决籼稻谷库存和促进粮食生产产业化新格局的形成有重大意义。关于大米蛋白质和淀粉的分离方法,国内外研究得较多的主要是碱法和酶法。碱法提取大米蛋白质是利用大米蛋白质中80%以上为碱溶性谷蛋白。碱液可使大米中与大米蛋白质结合的大米淀粉的紧密结构变得疏松,同时对蛋白质分子的次级键特别是氢键有破坏作用,可使某些极性基团发生解离致使蛋白质分子表面具有相同的电荷,从而对蛋白质分子有增溶作用,促进淀粉和蛋白质的分离。实际上,稀碱对大米蛋白质的作用很复杂,如pH值、温度、时间、料液比等因素对蛋白质的影响都会引起提取体系及提取效率的改变。大米蛋白质的酶法提取主要是利用蛋白酶对大米蛋白质的降解和修饰作用,使其变成可溶的肽而被抽提出来。但是酶法提取大米蛋白质的效率较碱法低,且所得产物溶于水,无法使用等电点法回收蛋白质,因而产率很低,淀粉中的残余蛋白质也较碱法提取的多。1材料和方法1.1粉6%粉7.7%籼米:水分14.3%、蛋白质7.9%、脂肪1.3%、淀粉76%。LXJ-Ⅱ离心沉淀机、KWS-SAE300鼓风恒温干燥箱、81-2磁力搅拌器、HH-4数显恒温水浴锅、粉碎机、UV分光光度计、喷雾干燥器、凯氏定氮装置。1.2实验方法1.2.1采用碱法分离水稻品质和淀粉的实验步骤1.2.2蛋白质含量测定凯氏定氮法:用于原料和产品烘干样中蛋白质的测定。双缩脲法:用于快速测定提取液中蛋白质含量,以牛血清蛋白做标准曲线。图1是牛血清蛋白标准曲线。1.2.3蛋白质提取率的测定在实验中使用的双缩脲法测定蛋白提取液中的含量,然后根据提取液的体积计算提取液中的蛋白质质量,再求出蛋白质提取率。蛋白质提取率=提取液中的蛋白质质量÷原料中的纯蛋白质质量×100%。其中:原料中的纯蛋白质质量=原料的质量×原料中蛋白质含量。提取液中的蛋白质质量=提取液体积×提取液中的蛋白质浓度。1.2.4葡萄糖转化成淀粉系数的测定蒽酮比色法:测定提取液的淀粉含量。淀粉含量=V×100/2×S/W×0.9×100%,式中:S为试样溶液由比色所得到的含糖量,μg/ml;V为大米蛋白质提取液的体积,ml;W为试样中的淀粉质量,g;0.9为葡萄糖转化成淀粉的系数。淀粉损失率=上清液淀粉含量÷原料的质量×100%。2结果与讨论2.1碱液质量分数对大米蛋白质提取率的影响分别选取质量分数为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的NaOH溶液做提取大米蛋白质实验。其他条件是料液比为1∶6,提取温度为室温,提取时间为4h,结果如图3、图4所示。由图3、图4可知,NaOH质量分数对大米蛋白质提取率的影响是非常显著的,NaOH质量分数小于0.1%时大米蛋白质提取率很低。碱液质量分数对淀粉损失率的影响也很显著。由于大米蛋白质中80%以上为碱溶性的谷蛋白,大量的二硫键和疏水基团使其溶解性下降,另外大米蛋白质在胚乳中与淀粉结合紧密,较难溶出,碱液则能使其紧密结构变得疏松,促使大米蛋白质与淀粉的分离。大米蛋白质的提取率随碱液质量分数的增大而增大,碱质量分数增大到一定程度后,其提取率变化缓慢,但是碱液质量分数过高会造成提取体系中的淀粉糊化,溶液的粘度增加使提取更难进行。2.2温度对大米蛋白质提取率的影响选取20、30、40、50℃不同的温度条件进行比较,其他实验条件是NaOH质量分数0.3%,料液比1∶6,提取时间4h,结果如图5、图6所示。由图5、图6可知,温度对大米蛋白质的提取率的影响不显著,但是温度越高淀粉损失得越多。可能由于大米淀粉的糊化温度在65℃左右,而且碱的存在又促进大米淀粉的糊化和溶解,而高温对大米蛋白质的提取没有多大的帮助。所以从节约能源的角度出发,可以选择在室温条件下进行大米蛋白质的提取。2.3提取率的测定分别选取不同的提取时间进行实验,其他实验条件是NaOH质量分数0.3%,温度为室温,料液比1∶6,实验结果如图7所示。由图7可知,随着时间的增加大米蛋白质的提取率也随之提高。到4h后,蛋白质的提取率变化不大。这是因为在提取开始时,可溶性淀粉和蛋白质的溶出都随时间的增加而增加,但随着提取体系的粘度增大,溶出速度减慢,使得蛋白质提取率变化趋于平缓。2.4提取时间和分数分别在1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶14的料液比条件下进行实验,其他实验条件是NaOH质量分数为0.3%,温度为室温,提取时间为4h,结果如图8所示。由图8可知,随着料液比的降低,大米蛋白质的提取率增大;当料液比达到1∶6后,蛋白质的提取率增加较少,而且采用低的料液比所得的提取液中的大米蛋白质浓度非常低。在工业化生产中,由于要考虑节约用水,合理的料液比应选在1∶4～1∶8。2.5实验结果及分析根据以上单因素实验结果,采用正交实验设计对碱液质量分数、温度、时间、料液比的影响进行评估,考查大米蛋白质提取率和大米淀粉损失率的主要影响因素。所设因素和水平以及实验结果见表1。对正交实验的结果进行极差分析,结果见表2。根据极差大小决定因素分析:对大米蛋白质提取率的影响因素由大到小依次是A、C、B、D;而对大米淀粉损失率的影响因素由大到小依次是A、B、D、C。因此综合考虑蛋白提取率和淀粉损失率的影响因素,得到较优的工艺条件为A3B1C3D2。根据确定的最佳工艺条件对大米蛋白质和大米淀粉进行提取分离,测得大米蛋白质的提取率为87.46%,淀粉损失率为2.77%,大米分离蛋白的纯度为80.7%。3碱法分离大米蛋白质和淀粉的最佳工艺条件碱法分离大米蛋白质和大米淀粉的工艺具有蛋白质提取效率高、淀粉损失率较低等特点。在分离过